kronisk administrering av 5-HT1A-receptoragonist lindrar Depression och Depressionsinducerad Hypoalgesi

Abstrakt

tidigare studier har visat att deprimerade patienter såväl som djurmodeller av depression uppvisar minskad känslighet för framkallade smärtstimuli, och serotonin indikeras vara involverat i depressionsinducerad hypoalgesi. Syftet med denna studie var att undersöka 5-HT1A-receptorns potentiella roll i den depressionsinducerade hypoalgesi. Akut eller kronisk administrering av 5-HT1A-receptoragonist, 8-OH-DPAT, utfördes i olfaktorisk bulbektomi (OB) och skamdrivna råttor. De depressionsliknande beteende-och smärtgränserna mättes med hjälp av öppna fältprov respektive strålningsvärme termisk smärttest. Vi fann att akut administrering av 8-OH-DPAT ökade lokomotorisk aktivitet och smärtgränser i skamråttorna men hade ingen effekt på OB-råttorna. Däremot minskade kronisk administrering av 8-OH-DPAT lokomotorisk aktivitet och smärtgränser och återställde dem till normal nivå. Ökade smärttrösklar observerades också hos skamråttorna efter kronisk administrering. Dessa resultat visade att kronisk administrering av 8-OH-DPAT reverserade den depressionsinducerade minskningen av smärtkänslighet hos råttor, vilket tyder på att 5-HT1A-receptorn kan spela en roll i den depressionsassocierade hypoalgesi.

1. Introduktion

både depression och smärta är försvagande sjukdomar som leder till enorma krav på medicinska tjänster och äventyrar patienternas livskvaliteter. I klinisk praxis har studier visat att en betydande del av patienter med depressiva störningar lider av kronisk smärta och vice versa, patienter med kronisk smärta har en ökad risk att utveckla depressiva störningar . I motsats till denna nära kliniska förening av smärta och depression, depressiva patienter närvarande minskad känslighet för experimentell smärtstimulans . Djurforskning har också funnit att smärttrösklarna ökas hos råttor med depressiv-liknande beteenden .

nya studier har visat en potentiell roll av serotonin i depressionsinducerad hypoalgesi . Serotoninerg neurotransmission har länge ansetts vara involverad i den nociceptiva behandlingen såväl som i patofysiologin för depression . I klinisk praxis används selektiva serotoninåterupptagshämmare (SSRI) och serotonin-noradrenalinåterupptagshämmare (SNRI) ofta för att behandla kronisk smärta . Kliniska studier har funnit att sömnberövningsterapi , som kan öka serotoninerg överföring, reverserade smärtkänsligheten mot hyperalgesi . Och sex veckors SNRIs duloxetinbehandling minskade experimentella värmetrösklar till normala hos patienter med depression . I våra tidigare studier har det visat sig att de termiska nociceptiva tröskelvärdena hos depressiva råttor närmade sig normal nivå efter systemisk administrering av SSRI-fluoxetin . Ingen studie hittills har dock undersökt ytterligare mekanism som förmedlar dessa effekter.

5-HT1A-receptorn är de vanligaste serotoninsubtyperna som uttrycks i hjärnan. Det distribueras i stor utsträckning i regioner som prefrontal cortex, limbic system och hypotalamus som får serotonerg inmatning från raphe-kärnorna. Det har accepterats att 5-HT1A-receptorn spelar en dominerande roll i moduleringen av smärta . Mänskliga studier föreslog att kronisk smärta var associerad med låg 5-HT1A-receptor . Dessutom hittades lägre 5-HT1A-receptortätheter hos deprimerade råttor såväl som deprimerade patienter .

den aktuella studien var utformad för att undersöka 5-HT1A-receptorns potentiella roll i depressionsinducerad hypoalgesi genom att administrera 5-HT1A-receptoragonist 8-OH-DPAT hos råttor. Den olfaktoriska bulbektomiserade (OB) råttan användes som djurmodell för depression. Vi antog att kronisk administrering av 8-OH-DPAT kunde lindra depressiva liknande beteenden såväl som depressionsinducerad hypoalgesi hos OB-råttorna.

2. Material och metoder

2.1. Djur

åttioen manliga Sprague Dawley-råttor (vikt vid ankomst 200-220 g, Laboratoriedjurcentrum vid Akademin för militärmedicinska vetenskaper, Peking, Kina) användes i denna studie och hölls individuellt. Mat och vatten var tillgängliga Ad libitum. Kolonin bibehölls vid C med en standard 12 h ljus-mörk cykel (tänds klockan 07:00). Djur fick vänja sig till miljön i 1 vecka före experiment och hanterades dagligen av experimenten. Lämpliga åtgärder vidtogs för att minimera smärta eller obehag. Experiment utfördes i enlighet med National Institute of Health Guide för vård och användning av laboratoriedjur (NIH Publications no. 80-23) reviderad 1996. Forskningsprotokollet godkändes av Institutional Animal Care and Use Committee of Chinese Academy of Sciences.

2.2. Experimentell Design

två experiment utfördes i denna studie. I experiment 1 injicerades 5-HT1A-receptoragonist 8-OH-DPAT intraperitonealt akut 30 minuter före det öppna fälttestet och det termiska smärttröskeltestet. I experiment 2 administrerades 8-OH-DPAT intraperitonealt kroniskt i följd 14 dagar före beteendetester. Varje råtta tilldelades att delta i endast ett experiment. Det experimentella protokollet avbildades i Figur 1. För båda experimenten testades råttor initialt i det öppna fältet och i paw-uttagsfördröjningen (PWL) till skadlig strålningsvärme. Sedan delades de in i två grupper (OB-grupp och sham-grupp) och balanserades enligt deras öppna fältrörelse och termiska smärttrösklar. Råttorna i OB-gruppen och skamgruppen genomgick bilateral olfaktorisk bulbektomi respektive skamkirurgi. Efter 2 veckors återhämtningsperiod utfördes öppna fältprov och smärtgränstest igen för att bedöma depressivt tillstånd och smärtkänslighet hos råttor. Båda grupperna delades vidare in i två undergrupper: saltlösningsgrupp (dvs OB/saltlösning och sham/saltlösning) och 8-OH-DPAT-grupp (dvs OB/8-OH-DPAT och sham/OB/8-OH-DPAT), som fick intraperitoneal injektion av saltlösning respektive 8-OH-dpat.

Figur 1

schematiskt diagram över det experimentella protokollet. Baslinje öppen fält (av) aktivitet och termiska smärttrösklar mättes initialt. Därefter delades råttor in i två grupper (OB-och skamgrupper, som fick olfaktorisk bulbektomi och skamkirurgi, resp.). Båda grupperna delades vidare in i två undergrupper för antingen saltlösning eller 8-OH-DPAT-injektion, som administrerades 30 minuter före beteendetester (akut administrering) eller en gång dagligen i följd 14 dagar (kronisk administrering).

2.3. Kirurgiskt ingrepp för olfaktorisk Bulbektomi

djur bedövades med natriumpentobarbital (0,5 mg/kg, IP) och fixerades på en stereotaxisk apparat (Stoelting, USA). En mittlinje sagittal snitt gjordes för att exponera skallen. Två hål 2 mm diameter var uttråkad 8 mm rostral till bregma och 2 mm lateral till mittlinjen separat. De bilaterala luktlökarna sugs från hålen med hjälp av en vakuumpump och kaviteten fylldes med gelskum (Coltene Whaledent, Schweiz) för att kontrollera blödning. Särskild försiktighet togs för att undvika att skada den främre cortexen. Penicillinpulver sprinklades på såret före stängning. Skamdrivna råttor behandlades på liknande sätt förutom att inga hjärnvävnader avlägsnades. Kroppsvikt för varje råtta mättes dagen innan och dagligen i 14 dagar efter operationen. I slutet av experimentet dissekerades djur för att kontrollera om alla luktlökar avlägsnades. Om inte, kommer uppgifterna att avvisas i den slutliga analysen.

2.4. Beteendetester

2.4.1. Open-Field Test

open-field test utfördes i en järn cirkulär svart bas (180 cm i diameter) och applicerades för att analysera lokomotoriska beteenden hos råttor. Väggen som omger basen bestod av ett 50 cm högt järnplåt. Belysning tillhandahölls av en 40-W glödlampa. Varje djur testades i det öppna fältet i 5 minuter. Avståndet som reste under testet registrerades av ett datorbaserat system Etho Vision (Noldus Information Technology, Wageningen, nederländerna). I intervallet mellan varje två test rengjordes apparaten med etanol och vatten för att avlägsna olfaktoriska signaler.

2.4.2. Smärttröskeltest

apparaten och testet för termisk framkallad smärta var desamma som beskrivits av Wang et al. . I korthet placerades råttor i en Plexiglaskammare på ett glasgolv, under vilket strålningsvärmeapparaten (100 W projektorlampa) var belägen. En ljusstråle genom ett hål (4 mm i diameter) av apparaten fokuserades på plantarytan på vänster bakben. PWL definierades som tiden mellan ljusuppkomsten och tasslyften. Ljusintensiteten justerades så att baslinjen PWL var cirka 7 s, med en avstängningstid på 22 s för att förhindra vävnadsskada. Totalt fyra försök utfördes för varje råtta med minst 5 minuters intervall. De tre sista försöken var i genomsnitt för att få en genomsnittlig latens som tröskeln för den termiska framkallade smärtan.

2,5. Droger

5-HT1A-receptoragonisten 8-OH-DPAT köptes från Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri) och löstes i saltlösning (0,9% NaCl) omedelbart före applicering. Separata undergrupper av bulbektomi och icke-bulbektomidjur behandlades med intraperitoneala injektioner av antingen 8-OH-DPAT (3 mg/kg) eller saltlösning (3 mg/kg). I experiment 1, en dag efter den etablerade depressionsmodellen, testades det öppna fältet med saltlösning eller 8-OH-DPAT injicerat 30 min tidigare. Tre dagar efter den etablerade depressionsmodellen testades paw abstinenslatens med saltlösning eller 8-OH-DPAT injicerad 30 min tidigare. I experiment 2, efter den etablerade depressionsmodellen, utfördes på varandra följande 14-dagars injektion av saltlösning eller 8-OH-DPAT en gång dagligen enligt grupper. Den öppna fältet och strålningsvärmen tassavdrag latens testades på den 15: e dagen.

2.6. Statistisk analys

GraphPad prism 5.0 användes för att analysera data och generera grafer. Data som involverade 2 faktorer analyserades med tvåvägsanalys av varians (ANOVA) följt av Bonferroni post hoc-test. Studentens t-test användes för att jämföra medel för två grupper. Uppgifterna presenterades som medel för sem. Den statistiska signifikansen fastställdes till .

3. Resultat

3.1. Beteendemässiga resultat av OB-Depressionsmodellen

som visas i Figur 2(a) skilde sig inte baslinjekroppsvikterna hos djur mellan OB-och skamgrupper. Under de följande två veckorna av observationen observerades signifikant minskning av viktökning hos OB-råttorna jämfört med kontrollråttorna (tvåvägs ANOVA, gruppeffekt: (1, 1106) = 53.08, ; Bonferroni posttests, varje dag) (Figur 2 (en)). Efter operationen visade OB-råttorna signifikant högre nivå av lokomotoriska beteenden i öppna fält än hos kontrollrotter (tvåvägs ANOVA, kontra cm, ) (Figur 2(b)). Dessa resultat indikerar att OB-råttorna har uppvisat depressiv-liknande beteenden och djurmodellen för depression har framgångsrikt etablerats.

(a)

(b)

(C)

(a)
(b)
(C)

figur 2

beteendemässigt resultat av OB-modellen för depression och depressionsinducerad hypoalgesi. (kroppsvikt. Signifikant minskning observerades i kroppsvikt i OB-gruppen jämfört med kontrollgruppen under 14-dagars postoperationsperiod (). B) prov på öppna fält. Signifikant högre nivå av lokomotorisk aktivitet hittades i OB-råttorna än i kontrollråttorna (). (C) termisk smärttröskeltest. Paw-uttagsfördröjningen till skadliga strålningsvärmestimuli förlängdes signifikant i OB-råttorna (). Data presenteras som medelvärde för sem i enlighet med detta.***.

dessutom visade djur i OB-gruppen längre PWLs jämfört med kontrollgruppen (tvåvägs ANOVA, kontra s, ) (Figur 2(c)), vilket tyder på att de depressiva liknande råttorna hade högre smärttrösklar än de normala råttorna. Det vill säga de OB-behandlade råttorna utvecklade hypoalgesi till skadliga termiska stimuli.

3.2. Effekter av akut administrering av 5-HT1A-receptoragonist

som illustreras i Figur 3 ökade akut 8-OH-DPAT-behandling signifikant avståndet i öppet fält i kontrollgruppen (tvåvägs ANOVA, kontra cm,) men hade ingen effekt på OB-råttorna (Figur 3(a)). Dessutom uppvisade de skamdrivna råttorna signifikant längre PWLs efter akut 8-OH-DPAT-behandling (tvåvägs ANOVA, kontra s, ) och OB-råttorna visade inte signifikant skillnad(Figur 3 (b)). Dessa resultat tyder på att akut administrering av 8-OH-DPAT ökar lokomotorisk aktivitet och i sig har antinociceptiv effekt på de normala råttorna men inte påverkar de depressiva liknande råttorna.

(a)

(b)

(a)
(b)

figur 3

effekter av akut administrering av 8-oh-dpat. Akut 8-OH-dpat-behandling ökade signifikant lokomotorisk aktivitet () (a) och smärtgränser () (b) hos de skamdrivna råttorna men har ingen effekt på OB-råttorna. Data presenteras som medelvärde för sem i enlighet med detta.*, **.

3.3. Effekter av kronisk administrering av 5-HT1A-receptoragonist

som visas i Figur 4 hade kronisk 8-OH-DPAT-behandling ingen effekt på de skambehandlade råttorna, samtidigt som den lokomotoriska aktiviteten hos OB-råttorna signifikant minskade (tvåvägs ANOVA, kontra cm,), i motsats till observationen av akut administrering (Figur 4(A)). Termiskt smärttröskeltest avslöjade signifikant långvariga PWLs i de skamdrivna råttorna efter kronisk 8-OH-DPAT-behandling (tvåvägs ANOVA, kontra s, ), i överensstämmelse med det som observerades vid akut administrering. Efter kronisk 8-OH-dpat-behandling reducerades emellertid PWLs i OB-råttorna signifikant (tvåvägs ANOVA, s kontra s ) och återställdes till normal nivå (OB/8-OH-DPAT kontra Sham/saltlösning: tvåvägs ANOVA, kontra s,) (Figur 4 (B)). Dessa resultat tyder på att kronisk 8-OH-DPAT-behandling lindrar depression-liknande beteende och OB-inducerad hypoalgesi hos råttor.

(a)

(b)

(a)
(b)

figur 4

effekter av kronisk administrering av 8-Oh-dpat. a) rörelseaktivitet i det öppna fältet. Kronisk 8-OH-dpat-behandling hade ingen effekt på skamråttorna men minskade signifikant den lokomotoriska aktiviteten hos OB-råttorna (). (b) strålningsvärme smärttröskel. Smärttrösklarna i skamråttorna ökades efter behandlingen; däremot minskade de i OB-råttorna och återställdes till normal nivå (). Data presenteras som medelvärde för sem i enlighet med detta. *.05, ***.

4. Diskussion

i den aktuella studien undersökte vi effekterna av akut och kronisk administrering av 5-HT1A-receptoragonist, 8-OH-DPAT, på öppet fältbeteende och termiska framkallade smärttrösklar i de skam – och OB-behandlade råttorna. Resultaten visade att (1) akut administrering av 8-OH-DPAT ökade lokomotorisk aktivitet och smärtgränser i skamråttorna men hade ingen effekt på OB-råttorna; (2) däremot minskade kronisk administrering av 8-OH-DPAT lokomotorisk aktivitet och smärtgränser hos OB-råttorna och återställde dem till normal nivå. Ökade smärttrösklar observerades också hos skamråttorna efter kronisk administrering. Dessa fynd visade att 5-HT1A-receptorn var involverad i att förmedla det depressiva beteendet såväl som den associerade hypoalgesi hos råttor.

serotonerg dysfunktion har varit inblandad i den underliggande patofysiologin av depression och kronisk smärta . Tidigare studier har visat att akut och kronisk administrering av 5-HT1A-receptoragonist verkar ha olika antinociceptiva och antidepressiva effekter . I den aktuella studien testade vi effekterna av Akut respektive kronisk administrering. Uppenbarligen visade OB-råttor endast kronisk administrering av 8-OH-DPAT antidepressiv effekt, representerad som minskad aktivitet i det öppna fälttestet och minskad smärttröskel till den skadliga termiska stimuleringen. Vi hittade inte en antidepressiv effekt av akut injektion av 8-OH-DPAT på OB-råttorna. Dessa resultat överensstämmer med tidigare studier att OB-modellen är känslig nästan uteslutande för kronisk, men inte akut, antidepressiv behandling. Det finns också bevis för att 5-HT1A-receptordensiteterna har kraftigt nedreglerats i OB-råttorna jämfört med de skamdrivna råttorna . Således är det troligt att en enstaka dos av 8-OH-DPAT inte är tillräcklig för att ge en terapeutisk effekt på de depressiva råttorna.

i den aktuella studien hade både akut och kronisk administrering av 8-OH-DPAT antinociceptiva effekter på skamråttorna, i överensstämmelse med tidigare studier att systemisk administrering av 8-OH-DPAT gav analgesi i värmeplatttestet och svansflick termisk smärttest . En ny studie i knockout-möss har visat att 5-HT1A-receptorer förmedlar en endogen hämmande kontroll av värme-framkallad nociception . 5-HT1A-receptorer finns både presynaptiskt i raphe-kärnorna och postsynaptiskt i diskreta hjärnregioner, inklusive cortex, amydale och hippocampus . Bevis har stött att både pre-och postsynaptiska 5-HT1A-receptorer är involverade i 8-OH-DPATS analgetiska verkan .

dessutom observerade vi minskad hypoalgesi till normal nivå efter kronisk administrering av 8-OH-DPAT hos OB-råttor. Serotonerga läkemedel används ofta som antidepressiva medel i klinisk praxis. Antidepressiva medel har visat sig förbättra depression och smärtsymptom något oberoende hos de deprimerade patienterna. Till exempel var cirka 50% av förbättringen av smärtintensiteten som producerades av duloxetin oberoende av förbättringen av depression . I vår studie verkade symtomen på depression och hypoalgesi påverkas enhetligt av olfaktorisk bulbektomi; således kan den reducerade hypoalgesi tillskrivas det indirekta resultatet av 8-OH-DPAT-inducerad antidepressiv effekt. Brist på serotonerg funktion har visat sig vara den primära patogenen för depressiv sjukdom . Det har rapporterats att kronisk administrering av 5-HT1A-agonist inducerade desensibilisering av presynaptiska 5-HT1A-receptorer i raphe-kärnorna och därigenom förbättrade 5-HT-frisättningen . Dessutom har en överaktivitet av hypotalamo-hypofys-binjur (HPA) – axeln hittats hos depressiva patienter . Aktivering av 5-HT1A-receptorerna har visats normalisera HPA-aktiviteten så att den utövar en terapeutisk effekt .

en annan möjlig mekanism som ligger till grund för den återställda smärtkänsligheten hos OB-råttor efter 8-OH-DPAT-behandling kan bero på hämning av opioidaktivitet. Stress-framkallad frisättning av opioid har visat sig hämma smärta hos deprimerade patienter . Tidigare studier har visat att 5-HT1A-receptoragonist kan minska opioidmedierad analgesi och tolerans . Det har också visat sig att 8-OH-DPAT kan hämma endogen opioidfrisättning framkallad av elektrisk stimulering i ryggmärgsskivor . Därigenom kan kronisk administrering av 8-OH-DPAT återställa depressionsinducerad hypoalgesi genom att minska den endogena opioidsfrisättningen.

i skamråttor fann vi att akut administrering 8-OH-DPAT ökade den lokomotoriska aktiviteten. Ökningen av avståndet som överensstämde med andra rapporter om att akut administrering av 5-HT1A-agonister orsakade serotoninsyndrom representerat av hyperaktivt beteende, platt kroppshållning och förpaw . Det har rapporterats att låg dos av 8-OH-DPAT (0,01–0,05 mg/kg) företrädesvis stimulerar 5-HT1A autoreceptorer, medan hög dos (dvs 0,2 mg/kg) kan aktivera postsynaptiska receptorer, vilket ökar 5-HT frisättning och producerade hyperaktivitet. Således kan den relativt höga dosen som används i denna studie redogöra för hyperaktiviteten hos råttor. Som tidigare studier har visat att upprepade doser av 8-OH-DPAT kan minska serotoninsyndromet genom desensibilisering av postsynaptiska 5-HT1A-receptorer , bekräftade vår studie de tidigare resultaten genom att visa att kronisk administrering av 8-OH-DPAT inte ledde till hyperaktivt beteende i det öppna fältet hos skamrotter.

Sammanfattningsvis visade våra resultat att 5-HT1A-receptorn var involverad i OB-inducerad depressiv-liknande beteende och hypoalgesi hos råttor. Ändå har vår studie flera begränsningar. (1) endast en relativt hög dos av 8-OH-DPAT (3 mg/kg) antogs i denna studie. Som nämnts ovan kan olika doser av 8-OH-DPAT utöva differentiella effekter. Således måste fler experiment med olika doser göras i framtida studier. (2) Endast strålningsvärme framkallade smärtmodell användes i denna studie. Med tanke på att depression kan orsaka lindrad framkallad smärta och förvärrad spontan smärta , bör fler smärtmodeller inkluderas för att avslöja rollen som 5-HT1A-receptor i depressionsrelaterade beteenden.

5. Slutsats

Sammanfattningsvis visade vår studie att kronisk administrering av 5-HT1A-receptoragonist 8-OH-DPAT lättad depression och depressionsinducerad hypoalgesi, vilket föreslog att 5-HT1A-receptorn kan spela nyckelroll i depressionsinducerad hypoalgesi. Framtida studier bör utformas för att undersöka mer exakt mekanism för att bygga bättre strategier för behandling av depression och kronisk smärta.

intressekonflikt

författarna förklarar att det inte finns någon intressekonflikt när det gäller publiceringen av detta dokument.

bekräftelser

detta arbete finansierades av ett Nnsf-bidrag (31271092) och ett kinesiskt Vetenskapsakademi Knowledge Innovation Project Grant (KSCX2-EW-Q-18) till JYW, och av Nnsf-bidrag (30970959, 61033011 och 31171067), kinesiska vetenskapsakademin Knowledge Innovation Project Grants (YZ200944 kscx2-yw-r-254 och kscx2-ew-j-8) och ett bidrag från NIH Fogarty International Center (R03 Tw008038) till F. L. denna forskning stöddes också av Key Laboratory of Mental Health vid Institute of Psychology, Chinese Academy of Sciences, Kina. Författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.